3D打印仿生人工椎體替換手術在廣州完成

當前，新一輪的數字化制造浪潮已在世界各國興起， “3D打印”將成為實現數字化制造的關鍵技術。據了解，3D打印在醫(yī)學領域，尤其是骨科方面可根據病人的病變部位切除重建的需要設計個性化的重建椎體，植入體內，使其功能的重建，并獲得理想部位的功能。但切除后人的脊柱如何重建?上下節(jié)段的椎體將如何固定連接?近期，南方醫(yī)院為一名35歲男性患者成功置換了3D打印仿生人工椎體。

據了解，這一3D打印仿生人工椎體由南方醫(yī)院脊柱骨科歷時100余天完全自主設計研發(fā)，從上千種設計方案中反復篩選測試后，確定了與患者的各項生理參數精準匹配的方案。該手術也是廣東首例3D打印仿生人工椎體植入手術。

男子因患脊柱腫瘤 致椎體嚴重破壞
35歲的男性患者黃某，5個月前雙下肢不明原因出現疼痛、麻木、無力等癥狀，且癥狀逐漸加重，僅能緩慢行走。在南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院脊柱骨科進行相關檢查后診斷為：骨巨細胞瘤合并動脈瘤樣骨囊腫，相應層面椎管狹窄，壓迫脊髓，導致胸12椎體及其附件骨質破壞。病人因脊椎腫瘤壓迫神經，疼痛劇烈，生活質量嚴重下降。

據了解，骨巨細胞瘤是一種侵襲性腫瘤，又稱破骨細胞瘤。其在我國的發(fā)病率僅次于骨軟骨瘤和骨肉瘤，居骨腫瘤的第三位;絕大多數骨巨細胞瘤患者在20-40歲之間，15歲以下罕見，10歲以下極罕見;最常發(fā)生在長骨的骨端，常見于股骨下端、脛骨上端與橈骨下端，呈溶骨性，脊柱上比較少見。動脈瘤樣骨囊腫又稱良性骨動脈瘤，具有侵襲性的骨病損;60%-75%發(fā)生于股骨上端、椎體和附件，主要表現為局部腫痛，靠近關節(jié)時出現運動障礙，侵犯胸腰椎可以出現疼痛和下肢萎縮，大小便失禁甚至截癱;多發(fā)生于10-20歲年齡段的人群。

南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院脊柱骨科副主任醫(yī)師鄭明輝介紹，骨巨細胞瘤合并動脈瘤樣骨囊腫很少見。面對如此棘手的腫瘤，全科室討論后認為，該腫瘤雖然是良性腫瘤，但是以惡性腫瘤方式生長，有可能發(fā)展為惡性腫瘤，且該腫瘤已嚴重影響患者生活，最好的辦法就是切除病灶椎體，置換一個新椎體。

然而，目前市場上現有的脊柱內固定產品，無法匹配病人的生理參數。如經常用于脊柱重建固定的鈦網，由于過于細小，易下沉陷入骨頭中，繼而出現釘板系統斷裂可能;而市面上傳統的人工椎體的大小固定，無法精準匹配病人的切除部位。

3D打印仿生人工椎體手術 使其恢復正常生活
據了解，研究團隊根據病人脊柱的CT掃描數據，為患者的脊柱建立了精準的3D圖像。根據這個圖像，設計出屬于病人的個性化植入物，并進行3D打印。為了使個性化定制的人工椎體與病人椎體之間更好的融合，研究團隊設計二十余種承受荷載的框架結構，數十種骨小梁拓撲結構，圓柱形、腎形、笑臉型、香蕉型等十余種外形及大小，組合達到上千種。

最后，經過測試篩選，結合該患者為單節(jié)段椎體破壞，并且位于胸12(胸腰段)，治療團隊選擇了一體化結構、12面體骨小梁拓撲結構、原始椎體。與黃生自己的椎體形狀一致，與人自身的骨頭一樣有著致密的小孔隙，孔隙率達到75%，有利于骨細胞在其中生長。椎體中有一個空腔，用于注入患者自身的骨泥，骨泥也可誘導患者自身骨頭的生長，將植入的椎體與自身的骨頭緊密黏合。

據了解，治療團隊通過患者術前脊柱CT，同時應用“逆向形技術”獲取臨近椎體終板形態(tài)作為人工椎體的上下面，這樣可以讓人工椎體與患者脊柱骨界面完全貼合，提高其接觸面積、降低內植入物與骨界面應力，減少甚至避免終板骨折、人工椎體下沉。

“人工椎體堅強的內部框架結構支撐力，能夠通過人工椎體輕松承載人體上半身重量，不僅恢復脊柱整體高度，同時提高脊柱整體穩(wěn)定性，減少脊柱內固定松動和斷裂的風險。這樣患者術后盡早下地活動甚至進入正常生活?！?br />

由于腫瘤所在的位置血管豐富，2月6日，在人工椎體置換手術的前一天，治療團隊為黃生進行了血管栓塞術，堵住腫瘤段的供血血管，以減少術中出血。

2月7日，置換手術正式進行。醫(yī)生從黃生的后背入路，切除胸12椎體。此時，脊髓沒有了椎體的保護暴露在外。醫(yī)生將3D打印仿生人工椎體輕輕旋入，“填補”了脊柱的空缺。

該院脊柱骨科副主任瞿東濱介紹，3D仿生人工椎體比患者自身的椎體要略小，這樣在手術時就可以從手術區(qū)域旋進上下兩段椎體之間，而不會傷到脊髓。

3D打印的鈦合金仿生人工椎體，植入黃先生體內的就是這樣的人工椎體，上面由螺釘與脊柱固定，在為椎管減壓后，接著，手術團隊在仿生人工椎體的中部空腔中注入患者自身的骨泥。植骨完成后，接著用螺釘內固定住患者的椎弓根。

最后，在手術團隊和設計團隊的共同努力下，手術取得圓滿成功，患者術后3天便可自由下地活動，獲得理想的治療效果。

據悉，該3D打印仿生人工椎體/間盤一體化植入物已擁有自主知識產權，達到國際領先水平。鄭明輝表示，通過3D打印仿生人工椎體的設計，團隊摸索了一套優(yōu)化流程，目前可以將從患者獲取病變椎體參數開始到最后個性化3D打印仿生人工椎體完工控制在2周左右。該3D打印仿生人工椎體已擁有自主知識產權，達到國際領先水平。(圖片由南方醫(yī)院提供)

來源：金羊網